Основные и дополнительные функции УПП
Современные софт-стартеры – многофункциональные электротехнические устройства. Основное их предназначение – снижение пусковых токов и смягчение динамических ударов при старте двигателя. Кроме того, УПП обеспечивают:
- Пуск с номинальным моментом. При этом при старте на электродвигатель подается максимальное напряжение, после чего включаются тиристоры. Разгон до номинальной частоты осуществляется плавно. Софт-стартеры такой конструкции применяют для механизмов со значительной пусковой нагрузкой.
- Динамическое торможение. УПП с данной функцией обеспечивают остановку привода без выбега. Их устанавливают в приводе инерционного технологического оборудования: тяговых вентиляторов, подъемниках и т.д.
- Пуск в функции тока и напряжения. УПП такой конструкции позволяют задавать предельное значение пускового тока. Устройства применяются при низкой мощности сети, а также в приводе оборудования с низким стартовым моментом.
- Защиту электродвигателя. Софт-стартеры обеспечивают остановку привода при обрыве фаз, перегрузках, превышении времени разгона, а также при возникновении других аномальных и аварийных режимов. УПП не имеют защиты от коротких замыканий и включаются через предохранители или автоматы.
- Интеграцию в САР и системы телемеханики. Софт-стартеры с процессорными блоками управления и устройствами поддержки протоколов связи с удаленным оборудованием контроля легко встраиваются в многоуровневые системы автоматизации технических процессов.
- Регулировку частоты вращения вала. УПП с такой функцией не заменяют частотные преобразователи. Такой режим допустим при непродолжительной настройке оборудования.
Выбор функционала софт-стартера зависит от требований к электроприводу и осуществляется на основании технико-экономической целесообразности.
Общие сведения
Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.
При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.
Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).
При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.
Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.
Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:
- Выпрямитель.
- Промежуточная цепь.
- Инвертор.
- Электронная схема управления.
Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.
Предыстория.
Светодиодные лампы, которые сейчас появляются почти в каждом доме и учреждении, обещают нам экологичность и очень долгий срок службы, как бы большую экономию.
То есть, если старые добрые лампы накаливания служили нам, или должны были служить 1000 часов, то светодиодные должны работать не менее 20 тысяч часов – в 20 раз больше (отсюда и вытекает их высокая стоимость).
Но человечество напрасно разочаровалось в лампах накаливания. В их недолгом сроке службы виновата не технология, а заговор их же производителей.
Как известно из истории, первый сговор между производителями ламп накаливания состоялся в 1924 году. Они решили, что слишком хорошие лампы – это плохо. Лампа будет долго гореть, и новые будут реже покупать.
Поэтому было решено искусственно занизить срок их службы ещё в процессе изготовления. Уменьшили длину спирали, уменьшили диаметр подводящих медных проводников внутри колбы лампы, которые идут от держателей спирали до контактов патрона.
Всё, лампы стали работать с перекалом, часто перегорать от небольшого перепада напряжения, особенно в момент их включения. Очень часто даже перегорал тоненький медный проводник внутри лампы, а сама спираль умудрялась оставаться целой.
Этот заговор, в свою очередь, не только позволил бизнесменам продавать худший продукт, чтобы больше заработать, но и стал основой всей современной экономики потребления.
Поэтому я очень сильно сомневаюсь в том, что светодиодные лампы, как им положено, отработают свои 20 000 часов. Они так же «летят» ничуть не реже своих накальных собратьев, и если с экологией ещё понятно, то какой либо экономией тут и не пахнет.
Но вернёмся к лампам накаливания и к галогенным лампам.
Хорошо известно, что галогенные лампы и лампы накаливания в основном перегорают в момент их включения, когда нихромовая спираль находится в холодном состоянии и имеет наименьшее активное сопротивление. В этот момент через неё будет протекать максимальный ток, особенно тогда, когда включение лампы происходит на пике синусоидальной волны переменного напряжения.
Но можно намного продлить срок службы такой лампы, если нить накаливания разогревать постепенно, в течении нескольких секунд.
Как сделать блок пуска для электроинструмента
Существует достаточно много вариантов самостоятельного оборудования болгарки устройством плавного пуска. Некоторые из них представлены в авторских видео.
Блок пуска на базе микросхемы LM358
В следующем видео автор делится опытом самостоятельного изготовления платы блока плавного пуска по схеме, взятой из интернета, на базе микросхемы LM358. Корпус для платы автор изготовил из коробочки из-под шампуня, что говорит о богатой фантазии мастеров самодеятельного творчества. Автор не просто слепо скопировал схему из интернета, а доработал с заменой характеристик некоторых ее элементов: транзисторов, диодов, резисторов. Радиатор для охлаждения полупроводниковых приборов взят из магнитофона. Для того, чтобы была возможность разместить блок плавного пуска внутри корпуса болгарки, а не как в случае предложенного варианта, разработана плата меньшего размера.
Технология работ по изготовлению блока пуска
Автор следующего видео подробно описывает приемы работ, применяемые комплектующие и вспомогательные технологические материалы для изготовления устройства плавного пуска. Здесь в качестве базового элемента взята микросхема к1182. Технология не рассчитана на применение в качестве основы печатной платы, автор называет такую сборку технологией «навесного монтажа». При таком производстве работ кроме пайки применяется крепление отдельных элементов с помощью крепежных изделий, например, так крепится симистор к теплоотводу. Готовый блок пуска не универсален для всех болгарок. На двух отдельно взятых автором УШМ они выходили на режим за ощутимо разный промежуток времени.
Один из вариантов компоновки самодельного блока пуска
В качестве исходного варианта автор следующего видео выбрал известную в интернете сборку с микросхемой LM358.Так как собранный пусковой блок не поместился внутри корпуса болгарки, автор «упаковал» внутрь лишь симистор с радиатором, по причине хороших условий охлаждения от колеса вентилятора болгарки. Остальную часть блока вместе с микросхемой закрепил на корпусе УШМ.
Использование утюга в качестве дополнительной нагрузки для снижения оборотов болгарки
Этот способ не относится конкретно к теме плавного пуска болгарки. Однако, для понимания принципа действия электронного устройства диммер, который используется для регулировки мощности (или количества оборотов) болгарки вполне приемлем. В следующем видео утюг забирает определенную мощность у УШМ, тем самым снижая ее обороты.
Типовую схему блока пуска следует дорабатывать для каждого отдельного электроинструмента
Автор следующего видео рассказывает как оборудовал свою бытовую болгарку устройством плавного пуска для увеличения срока эксплуатации.
Важно: схема может отлично работать для регулировки яркости лампы, но для необходимого функционирования болгарки при пуске быть неспособной выполнять задачу. Для эффективной работы ее следует «настроить», а именно подобрать нужные величины резисторов, емкостей конденсаторов и возможно изменить характеристики полупроводниковых приборов.. https://www.youtube.com/embed/-_-tAsrUyCM
Как приспособить в болгарке штатный диммер для регулировки оборотов
В следующем видео автор доработал кнопку включения (сделал ее подпружиненной) с целью использования возможностей покупного диммера для регулировки оборотов болгарки. После включения болгарки перемещением кнопки устанавливается требуемый режим оборотов. Диммер фиксирует этот режим и при повторном включении производится его установка.
